Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Триплексная структура ДНК. Стрелки идут от конца 5 к концу 3. ( PDB : 1BWG )

Трехцепочечная ДНК (также известная как H-ДНК или Triplex-ДНК ) - это структура ДНК, в которой три олигонуклеотида наматываются друг на друга и образуют тройную спираль . В трехцепочечной ДНК третья цепь связывается с двойной спиралью ДНК B-формы (посредством спаривания оснований Уотсона – Крика ) путем образования пар оснований Хугстина или обратных водородных связей Хугстина.

Структура [ править ]

Связывание TA * T и CG * C + Хугстина в триплексной ДНК.tif
Наиболее стабильная тройная пара оснований в трехцепочечной ДНК. Rx-Ry: Связывание пар оснований Ватсона и Крика. Ry-Rz: связывание пар оснований Хугестина.

Основание Хугстина [ править ]

Тимин (Т) олигонуклеотид может связываться с Уотсона-Крика спаривания оснований ТП путем формирования водородной связи Хугстена . Водород тимина связывается с аденозином (A) исходной двухцепочечной ДНК с образованием триплета оснований TA * T. [1] В кислых условиях протонированный цитозин , представленный как C +, может образовывать триплет оснований с парой CG через спаривание оснований Хугстина , образуя CG * C +. Пары оснований TA * T и CG * C + являются наиболее стабилизированными парами триплет-основание, которые могут образовываться, в то время как TA * G и CG * G являются наиболее дестабилизированными парами триплет-основание. [2]

Межмолекулярные и внутримолекулярные взаимодействия [ править ]

Базовые триады триплексов H-ДНК: CG * G, TA * A, TA * T, CG * A + .

Существует два класса триплексной ДНК: межмолекулярные и внутримолекулярные образования. Межмолекулярный триплекс относится к образованию триплекса между дуплексом и другой (третьей) цепью ДНК. Третья цепь может происходить либо из соседней хромосомы, либо из триплексообразующего олигонуклеотида (TFO). Внутримолекулярная триплексная ДНК образуется из дуплекса с гомопуриновыми и гомопиримидиновыми цепями с симметрией зеркального повтора. [3] Степень суперспирализации ДНК влияет на количество происходящего внутримолекулярного образования триплекса. [4] Существует два различных типа внутримолекулярной триплексной ДНК: H-ДНК и H * -ДНК. Образование H-ДНК стабилизируется в кислых условиях и в присутствии двухвалентнойкатионы, такие как Mg 2+ . В этой конформации гомопиримидиновая цепь в дуплексе изгибается назад, чтобы связываться с пуриновой цепью параллельным образом. Основными триадами, используемыми для стабилизации этой конформации, являются TA * T и CG * A + . Цитозин этой основной триады должен быть протонирован, чтобы образовать эту внутримолекулярную тройную спираль, поэтому эта конформация стабилизируется в кислых условиях. [5] H * -ДНК имеет благоприятные условия образования при нейтральном pH и в присутствии двухвалентных катионов. [4] Эта внутримолекулярная конформация образуется в результате связывания гомопуриновой и пуриновой цепей дуплекса антипараллельным образом. Стабилизируется базовыми триплетами TA * A и CG * G. [3] [5]

Функция [ править ]

Триплекс-образующие олигонуклеотиды (TFO) [ править ]

TFO представляют собой короткие (≈15-25 нуклеотидов) цепи нуклеиновых кислот, которые связываются в большой бороздке двухцепочечной ДНК с образованием внутримолекулярных триплексных структур ДНК. Есть некоторые свидетельства того, что они также способны модулировать активность генов in vivo . В пептидной нуклеиновой кислоте (PNA) сахарно-фосфатный остов ДНК заменен протеиноподобным остовом. ПНК образуют P-петли, взаимодействуя с дуплексной ДНК, образуя триплекс с одной цепью ДНК, вытесняя другую. Предполагается, что очень необычная рекомбинация или параллельные триплексы, или R-ДНК, образуются под белком RecA в ходе гомологичной рекомбинации. [6]

TFO специфически связываются с гомопурин-гомопиримидиновыми участками, которые часто встречаются в промоторных и интронных последовательностях генов, влияющих на передачу сигналов в клетке. [7] TFO могут ингибировать транскрипцию путем связывания с высокой специфичностью со спиралью ДНК, тем самым блокируя связывание и функцию факторов транскрипции для определенных последовательностей. Путем введения TFO в клетку (посредством трансфекции или другими способами) можно контролировать экспрессию определенных генов. [8]Это приложение открывает новые возможности для сайт-специфического мутагенеза и генной терапии. В клетках рака простаты человека фактор транскрипции Ets2 сверхэкспрессирован и, как полагают, способствует росту и выживанию клеток в таком избытке. Carbone et al. разработали специфичный для последовательности TFO для последовательности промотора Ets2, который подавлял экспрессию гена и приводил к замедлению роста и гибели клеток. [9] Changxian et al. также представили TFO, нацеленный на промоторную последовательность bcl-2, гена, ингибирующего апоптоз. [10]

Наблюдаемое ингибирование транскрипции также может иметь негативные последствия для здоровья, например, его роль в рецессивном аутосомном гене атаксии Фридрейха . [11] При атаксии Фредрика образование триплексной ДНК нарушает экспрессию интрона 1 гена FXN . Это приводит к дегенерации нервной системы и спинного мозга, нарушая подвижность конечностей. [12] Для борьбы с этой триплексной нестабильностью было показано, что белки эксцизионной репарации нуклеотидов (NER) распознают и восстанавливают трехцепочечные структуры ДНК, восстанавливая полную доступность ранее ингибированного и нестабильного гена. [13]

Структура PNA. Идентификатор PDB: 1PNN Proteopedia

Пептидные нуклеиновые кислоты (PNA) [ править ]

Пептидные нуклеиновые кислоты представляют собой синтетические олигонуклеотиды, которые противостоят протеазной деградации и используются для индукции репарации в сайт-специфичных областях образования триплекса на сайтах ДНК генома. ПНК способны связываться с высокой аффинностью и специфичностью последовательности с комплементарной последовательностью ДНК посредством связывания пар оснований Уотсона-Крика и способны образовывать тройные спирали за счет параллельной ориентации связей Хугстина с ПНК, обращенной к 5'-концу цепи ДНК. [14] Триплекс ПНК-ДНК является стабильным, поскольку ПНК состоят из нейтрально заряженного псевдопептидного остова, который связывается с последовательностью двухцепочечной ДНК (дцДНК). [15]Подобно гомопиримидину в TFO, гомопиримидин в ПНК способен образовывать связь с комплементарным гомопурином в целевой последовательности дцДНК. Эти аналоги ДНК способны связываться с дцДНК, используя условия окружающей ДНК и различные способы прогнозирования распознавания. Это отличается от TFO, которые связываются через распознавание основных бороздок дцДНК. [14]

Один из способов прогнозирования распознавания, используемых для распознавания, - это дуплексное вторжение. [16] [15] Внутри смешанной последовательности дцДНК A – T / G – C нацелена пара псевдокомплементарных (рк) ПНК, которые способны связываться с дцДНК посредством двойной инвазии посредством одновременного образования диаминопурина (D) и тиоурацил (U s ), который заменяет аденин и тимин соответственно. [16] Пара рк-ПНК образует спаренную спираль ПНК-ДНК DT и U s -A и GC или CG Уотсона-Крика с каждой из комплементарных цепей ДНК. Другая форма распознаваемой дуплексной инвазии в последовательность-мишень может происходить в дцДНК, содержащей смешанные последовательности Т – С. [17]Эта форма дуплексной инвазии достигается за счет комплементарной последовательности гомопуриновых олигомеров ПНК. Этот триплекс образован из гибрида ПНК-ДНК, который антипараллельно связывается с комплементарной последовательностью ДНК и приводит к смещению некомплементарной цепи ДНК. [15]

Кроме того, ПНК можно модифицировать для образования «зажимающих» триплексных структур на целевом сайте. [16] Одним из типов образующихся «зажимов» является структура бис-ПНК, в которой две молекулы ПНК удерживаются вместе гибким линкером, таким как 8-амино-3,6-диоксаоктановая кислота (О). [18] Структура бис-ПНК образует триплекс ПНК-ДНК-ПНК в целевом сайте, где одна цепь образует пары оснований Уотсона-Крика с ДНК в антипараллельной ориентации, а другая цепь образует пары оснований Хугстина с цепью гомопуриновой ДНК в дуплекс ДНК-ПНК. [17]Хвостовой зажим PNA (tcPNA) также является другой формой триплексного зажима, который также может быть сформирован. TcPNA содержат удлиненный хвост из 5-10 п.н., который образует дуплекс ПНК / ДНК в дополнение к «зажиму» ПНК-ДНК-ПНК. Это позволяет более точно связывать ПНК без необходимости в гомопиримидных / пиридиновых растяжках. [15] Было показано, что эти зажимные структуры обладают высоким сродством и специфичностью. Добавление остатков лизина к одному или обоим концам ПНК можно использовать для увеличения клеточного поглощения и связывания. [16]

Генетическая регуляция [ править ]

Трехцепочечная ДНК участвует в регуляции нескольких генов. Например, ген c- myc подвергся обширной мутации, чтобы изучить роль, которую триплексная ДНК, по сравнению с линейной последовательностью, играет в регуляции гена. Элемент промотора c- myc , называемый чувствительным к нуклеазе элементом или NSE, может образовывать тандемные внутримолекулярные триплексы типа H-ДНК и имеет мотив повторяющейся последовательности (ACCCTCCCC) 4. Мутированный NSE исследовали на транскрипционную активность и на его способность формировать внутри- и межмолекулярный триплекс. Транскрипционная активность мутантных NSE может быть предсказана по способности элемента образовывать H-ДНК, а не по количеству повторов, положению или количеству мутантных пар оснований. Следовательно, ДНК может быть динамическим участником транскрипции гена c-myc. [19]

Экспрессия гена [ править ]

Согласно нескольким опубликованным статьям, H-ДНК обладает способностью регулировать экспрессию генов в зависимости от таких факторов, как расположение и близость последовательности. Хотя межгенные области прокариотического генома показали низкие следы встречающихся в природе H-ДНК или триплексных мотивов, было показано, что структуры H-ДНК более распространены в геноме эукариот. Было показано, что H-ДНК особенно много в клетках млекопитающих, включая человека (1 на каждые 50 000 п.н.). [14] Генетические последовательности, участвующие в регуляции генов, обычно находятся в промоторных областях генома эукариот. [14]

Следовательно, промоторная область проявляет способность образовывать H-ДНК с более высокой частотой. [14] Биоинформатический анализ генома S. cerevisiae обнаружил наличие H-ДНК и других мотивов трехпластинчатой ​​ДНК в четырех организационных областях: интронах, экзонах, промоторных областях и различных областях. Биоинформатика показала в общей сложности 148 возможных структур H-ДНК или триплетной ДНК. На область промотора приходилась более высокая частота с 71 структурой трехпластин, в то время как на экзоны приходилось 57 структур трехпластин, а на интроны и прочее приходилось 2 и 18 структур. [20]

Исследования экспрессии эукариотического генома in vitro и in vivo привели к одному из трех результатов: повышающая регуляция, понижающая регуляция или отсутствие изменений в присутствии мотивов H-ДНК. [14] Като и др. al. сообщили об усилении экспрессии lacZ , когда H-ДНК была введена в промотор B-лактамазы . [21] [14] С другой стороны, аналогичное исследование (Brachmachari et al. ) Сообщило об отсутствии статистически значимого ингибирования репортерного гена lacZ , когда H-ДНК была вставлена ​​в геном COS-клеток млекопитающих. [14] Хотя исследования предполагают регуляцию H-ДНК, этот механизм все еще изучается. Потаман и др.. связывает механизм регуляции генов с взаимодействиями между H-ДНК и ТАТА-боксом, обнаруженным в промоторной области Na, K-АТФазы . В образованиях Н-ДНК, прилегающих к ТАТА-боксу, структура Н-ДНК дестабилизирует связи ТА, необходимые для транскрипции. Вмешательство в TATA-бокс подавляет механизм транскрипции и инициацию транскрипции, что препятствует экспрессии генов. [14] [22] Другие механизмы, связанные с геномной экспрессией генетической последовательности в присутствии H-ДНК, включают TFO. Исследования in vitro выявили снижение экспрессии генов в присутствии TFO в клетках млекопитающих. [23]Другой возможный механизм, представленный Valentina et al. предполагают, что 13-мерный олигонуклеотидный триплексный комплекс с мотивом AG (комплекс TFO) подавляет транскрипцию мРНК посредством конкурентного ингибирования. [24] Прямое ингибирование экспрессии генов из H-ДНК является ключом к мутагенезу, ингибированию репликации и даже рекомбинации ДНК в геноме. [14]

Рекомбинация [ править ]

A) Кристаллическая структура RecA-ДНК и формат D-петли B) Структура H-ДНК RecA, PDB: 7JY7

Было показано, что мотивы H-ДНК стимулируют гомологичную рекомбинацию с различными механизмами. Первые выводы о роли H-ДНК в рекомбинации пришли в начале 1990-х годов при наблюдении RecA , рекомбинационного белка бактериальной ДНК, состоящего из тройной спирали ДНК. RecA проявляет ферментативную активность, необходимую для рекомбинации. [6] [25] Гомологичная рекомбинация с участием мотивов H-ДНК также была обнаружена у эукариот. Было показано, что RadA, белок, гомологичный RecA, обладает такой же ферментативной активностью при рекомбинации, что и RecA. [26] Белок обладает способностью продвигать и обменивать гомологичные цепи посредством параллельных трехцепочечных спиралей. [27] [28]Одноцепочечная ДНК (оцДНК) и комплементарная двухцепочечная ДНК (дцДНК) образуют структуру D-петли. [29] [14] Другой возможный механизм RecA включает в себя оцДНК из двух отдельных структур H-ДНК с образованием пар оснований Уотсона-Крика. Новая структура известна как соединение Холлидея, промежуточное звено в гомологичной рекомбинации. [14] H-ДНК также обнаруживается в других формах рекомбинации. В клетках млекопитающих H-ДНК-последовательности демонстрируют высокую частоту рекомбинации. Например, исследование, проведенное на линии миеломных клеток мышей, обнаружило структуры H-ДНК в Cγ2a и Cγ2b, которые участвуют в обмене сестринскими хроматидами. [14]

Биологические последствия [ править ]

Генетическая нестабильность [ править ]

Были проведены значительные исследования биологических последствий, связанных с присутствием H-ДНК в областях основных точек разрыва (Mbr) и двухцепочечных точек разрыва определенных генов. Недавняя работа связала наличие структур, не относящихся к B-ДНК, со случаями генетической нестабильности. [30]

Последовательности, образующие H-ДНК с зеркальными повторами полипурина, были обнаружены рядом с промотором P1 гена c-MYC и связаны с основными горячими точками разрыва в этой области. Случаи генетической нестабильности также наблюдались у потомства F1 трансгенных мышей после включения в их геномы последовательностей, образующих H-ДНК человека, в сочетании с последовательностями Z-ДНК, где ранее не сообщалось о нестабильности. [31] Кроме того, образование конформаций H-ДНК R. RY наблюдалось в Mbr гена bcl-2 . Было высказано предположение, что образование этих структур вызывает транслокацию t (14; 18), наблюдаемую при многих раковых заболеваниях и большинстве фолликулярных лимфом.. Это наблюдение привело к исследованию, которое показало, что после блокирования образования H-ДНК можно наблюдать значительное уменьшение количества событий транслокации путем небольшого изменения последовательности этой области. [31] [32] Было также замечено, что длинные участки GAA · TTC образуют очень стабильные структуры H-ДНК. Было показано, что взаимодействия между этими двумя структурами H-ДНК, называемыми липкой ДНК, прерывают транскрипцию X25 или гена фратаксина . Поскольку снижение уровня белка фратаксина связано с атаксией Фридрейха , предполагается, что формирование этой нестабильности является основой этого генетического заболевания. [33] [34]

Кроме того, было показано, что H-ДНК вызывает мутации, связанные с критическими клеточными процессами, такими как репликация и транскрипция ДНК . [35] Важность этих процессов для выживания привела к развитию сложных механизмов восстановления ДНК, которые позволяют клеткам распознавать и исправлять повреждения ДНК. Неканонические структуры ДНК могут восприниматься клеткой как повреждение, и недавние исследования показали повышенную распространенность мутаций рядом с последовательностями, не образующими B-ДНК. [35]Некоторые из этих мутаций происходят из-за взаимодействий между H-ДНК и ферментами, участвующими в репликации и транскрипции ДНК, где H-ДНК вмешивается в эти процессы и запускает различные механизмы репарации ДНК. Это может вызвать генетическую нестабильность и вовлечь H-ДНК в образование рака. [35]

Репликация ДНК [ править ]

Было показано, что репликация ДНК влияет на функцию различных ферментов репарации ДНК. Образование H-ДНК включает образование одноцепочечной ДНК (оцДНК), которая более восприимчива к атаке нуклеазами . [35] Было показано, что различные нуклеазы взаимодействуют с H-ДНК зависимым от репликации или независимым от репликации образом. [35]

Исследование с использованием человеческих клеток показало, что нуклеазы ERCC1-XPF и ERCC1-XPG индуцируют генетическую нестабильность нуклеазами эксцизионной репарации нуклеотидов (NER). [36] Эти ферменты расщепляют H-ДНК в петле, образованной двумя цепями Hoogsteen с водородными связями и 5'-концом другой цепи Watson-Crick с водородными связями, соответственно. [36] Было показано, что это расщепление вызывает большие делеции, которые вызывают двухцепочечные разрывы (DSB) в ДНК, что может привести к генетической нестабильности. [35] [36] В клетках, дефицитных по ERCC1-XPF и ERCC1-XPG, эти делеции были менее распространены рядом с последовательностями, образующими H-ДНК. [36]Кроме того, больше мутаций было обнаружено в клетках с дефицитом ERCC1-XPF и ERCC1-XPG в отсутствие репликации ДНК, что предполагает, что они обрабатывают H-ДНК независимым от репликации образом. [36]

С другой стороны, было обнаружено, что нуклеаза репарации репликации ДНК FEN1 подавляет генетическую нестабильность. [36] Подобно ERCC1-XPG, FEN1 расщепляет H-ДНК на 5'-конце цепи, не участвующей в образовании водородных связей Хугстина. [36] Клетки HeLa, дефицитные по FEN1, показали более высокую распространенность делеций рядом с последовательностями, образующими H-ДНК, но индуцированный H-ДНК мутагенез был более выражен в клетках с дефицитом FEN1 в присутствии репликации ДНК. [36] Это говорит о том, что FEN1 подавляет индуцированный H-ДНК мутагенез зависимым от репликации образом. [36]

H-ДНК вовлечена в этиологию рака человека из-за преобладания H-ДНК-образующих последовательностей рядом с точками разрыва транслокации в геномах рака. [36] Опосредованная репликацией нуклеазная активность с H-ДНК подчеркивает еще один способ индуцированного H-ДНК мутагенеза и привести к росту рака.

Транскрипция [ править ]

Последовательности, образующие H-ДНК, также могут вызывать генетическую нестабильность, преждевременно вмешиваясь в транскрипцию и останавливая ее. [35] Раскручивание ДНК, участвующее в транскрипции, делает ее более восприимчивой к повреждениям. При транскрипционно-связанной репарации (TCR) повреждение на матричной цепи ДНК останавливает функцию РНК-полимеразы и сигнализирует факторам TCR устранить повреждение путем его удаления. [37] H-ДНК можно рассматривать как одно из этих поражений.

Исследование, в котором наблюдали транскрипцию РНК-полимеразой Т7 на стабильном аналоге H-ДНК-образующей последовательности, обнаружило блокаду транскрипции на стыке дуплекс-триплекс. Здесь матричная цепь была центральной цепью H-ДНК, и сложность разрыва ее водородных связей Уотсона-Крика и Хугстина остановила развитие транскрипции. [38]

Когда транскрипция с помощью T7 наблюдалась на промоторе P0 гена c-MYC , обнаруженные укороченные продукты транскрипции указывали на то, что транскрипция останавливалась в непосредственной близости от последовательности, образующей H-ДНК, расположенной ниже промотора. Образование H-ДНК в этой области предотвращает перемещение T7 по матричной цепи из-за стерических препятствий, которые она вызывает. Это останавливает транскрипцию и сигналы для приходящих факторов TCR разрешают H-ДНК, что приводит к вырезанию ДНК, что может вызвать генетическую нестабильность. [37] Зеркальная симметрия и преобладание остатков гуанина в гене c-MYC придают ему высокую склонность к формированию неканонической структуры ДНК. [39]Это в сочетании с активностью факторов TCR во время транскрипции делает его очень мутагенным, поскольку он играет роль в развитии лимфомы Беркитта и лейкемии . [37] [39]

Приложения [ править ]

Области трехцепочечной ДНК могут быть созданы посредством ассоциации триплексообразующих олигонуклеотидов (TFO) и пептидных нуклеиновых кислот (PNA). Исторически было показано, что связывание TFO ингибирует транскрипцию, репликацию и связывание белка с ДНК. [16] TFO, привязанные к мутагенам, также способствуют повреждению ДНК и вызывают мутагенез. [14] Хотя известно, что TFO препятствует транскрипции и репликации ДНК, недавние исследования показали, что TFO можно использовать для проведения сайт-специфических модификаций генов как in vitro, так и in vivo . [16]Другое недавнее исследование также показало, что TFO можно использовать для подавления онкогенов и протоонкогенов, чтобы уменьшить рост раковых клеток. Например, в недавнем исследовании TFO использовались для уменьшения гибели клеток гепатомы за счет снижения экспрессии MET.

ПНК TFO обладают способностью увеличивать частоту рекомбинации, что приводит к целенаправленному специфическому редактированию генов. Триплекс-спираль ПНК-ДНК-ПНК может распознаваться собственным механизмом репарации ДНК клетки, который сенсибилизирует окружающую ДНК для гомологичной рекомбинации. Для того чтобы сайт-специфическая структура ПНК опосредовала рекомбинацию в последовательности ДНК, структура бис-ПНК может быть соединена с фрагментом ДНК длиной 40 нт, который гомологичен соседнему участку целевого гена. [17] Было показано, что связывание TFO с донорной цепью ДНК индуцирует рекомбинацию целевого гена и соседней целевой области гена. [40] Механизм этой формы рекомбинации и репарации был связан с эксцизионной репарацией нуклеотидов.(NER) путь, играющий роль в распознавании и восстановлении триплексных структур. [17] [16] Многочисленные исследования показывают, что группа A xeroderma pigmentosum (XPA) и репликационный белок A (RPA), которые являются факторами NER, способны специфически связываться в виде комплекса с поперечно-сшитыми триплексными структурами. Известно, что этот механизм наряду с другими играет роль в распознавании и восстановлении триплексных структур.

Доставка TFO in vivo является основным препятствием при использовании TFO для модификации генов. [41] В одном исследовании in vivo нацеливания на гемопоэтические стволовые клетки был предложен новый метод конъюгирования молекул ПНК с проникающим в клетки пептидом (CPP) вместе с наночастицами сополимера молочной и гликолевой кислоты (PLGA ), чтобы обеспечить модификации 6 п.н. в CCR5. ген. [40] Редактирование гена CCR5 было связано с устойчивостью к ВИЧ-1. [42] CPP - это белки, которые способны переносить «груз», такой как небольшие белки или молекулы, в клетки. PGLA представляют собой биоразлагаемый материал, который инкапсулирует молекулы ПНК в виде наночастиц для сайт-специфичных модификаций генома. [40]Исследование показало, что наночастицы PNA-ДНК PGLA способны эффективно редактировать гемопоэтические стволовые клетки с меньшей токсичностью и без вирусов, а конъюгация с CPP предлагает прямое нацеливание генов для сайт-специфического мутагенеза в стволовых клетках.

В новом исследовании генной терапии кистозного фиброза (CF) три нуклеиновые кислоты (PNAs) пептида-зажима хвоста (PNAs) вместе с молекулой донорской ДНК были сконструированы для доставки с помощью наночастиц для коррекции мутаций F508 del в регуляторе трансмембранной проводимости ( CFTR ) при муковисцидозе. эпителиальные клетки бронхов человека in vivo и in vitro. [43] Мутация F508 del - наиболее часто встречающаяся мутация, приводящая к муковисцидозу. [44] Мутация F508 приводит к потере функции CFTR, который представляет собой хлоридный канал плазматической мембраны, который регулируется циклическим аденозинмонофосфатом (цАМФ). В этом исследовании они смогли создать новый подход к лечению CF за счет использования наночастиц для коррекции F508 del.Мутация CFTR как in vitro в клетках бронхиального эпителия человека (HBE), так и in vivo на мышиной модели CF, приводящая к появлению CFTR-зависимого транспорта хлоридов. [43]

История [ править ]

Опровергнутая, ранняя спекулятивная структура тройной спирали, предложенная Полингом и Кори в 1953 году.
Смотрите также: Устаревшие модели структуры ДНК

Трехцепочечные структуры ДНК были распространенными гипотезами в 1950-х годах, когда ученые изо всех сил пытались обнаружить истинную структурную форму ДНК. Уотсон и Крик (которые позже получили Нобелевскую премию за свою модель двойной спирали) первоначально рассматривали модель тройной спирали, как и Полинг и Кори , которые опубликовали предложение для своей модели тройной спирали в 1953 г. [45] [46] а также коллега-ученый Фрейзер. [47] Однако Ватсон и Крик вскоре выявили несколько проблем с этими моделями:

  • Отрицательно заряженные фосфаты около оси отталкиваются друг от друга, оставляя вопрос о том, как трехцепочечная структура остается вместе.
  • В модели тройной спирали (в частности, модели Полинга и Кори) некоторые расстояния Ван-дер-Ваальса кажутся слишком маленькими.

Модель Фрейзера отличалась от модели Полинга и Кори тем, что в его модели фосфаты находятся снаружи, а основания - внутри, и связаны между собой водородными связями. Однако Уотсон и Крик сочли модель Фрейзера слишком неопределенной, чтобы специально комментировать ее недостатки.

Альтернативная трехцепочечная структура ДНК была описана в 1957 году. [48] Фельзенфельд, Дэвис и Рич предсказали, что если одна цепь будет содержать только пурины, а другая цепь - только пурины, цепь претерпит конформационные изменения с образованием трехцепочечной спирали ДНК. . Было предсказано, что трехцепочечная ДНК (H-ДНК) состоит из одной полипуриновой и двух полипиримидиновых цепей. [6] [48] Считалось, что это происходит только в одном биологическом процессе in vivo : в качестве промежуточного продукта во время действия фермента рекомбинации E. coli RecA . [48]Ранние модели 1960-х годов предсказывали образование комплексов между полицитиильными и гуаниновыми олигонуклеотидами. Модели предлагали взаимодействия, известные как пары Хугстена (взаимодействия, не связанные с Ватсоном-Криком), расположенные в большой бороздке. [6] Вскоре после этого были предсказаны тройные спирали, состоящие из одной пиримидиновой и двух пуриновых цепей. [6] Открытие участков H-ДНК в суперспиральных плазмидах вызвало пик современного интереса к потенциальной функции триплексных структур в живых клетках. [49] Кроме того, вскоре было обнаружено, что гомопиримидин и некоторые богатые пурином олигонуклеотиды способны образовывать стабильную структуру H-ДНК со структурами, специфичными для последовательности связывания гомопурин-гомопиримидин на дуплексах ДНК. [50]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ри S, Хан Z, Лю K, Miles HT, Davies DR (декабрь 1999). «Структура тройной спиральной ДНК с тройным дуплексным переходом». Биохимия . 38 (51): 16810–5. DOI : 10.1021 / bi991811m . PMID  10606513 .
  2. ^ Mergny ДЛ, вс JS, Rougée М, Montenay-Garestier Т, Р Барсело, Chomilier Дж, Hélène С (октября 1991 года). «Специфичность последовательности в формировании тройной спирали: экспериментальные и теоретические исследования влияния несовпадений на стабильность триплекса». Биохимия . 30 (40): 9791–8. DOI : 10.1021 / bi00104a031 . PMID 1911764 . 
  3. ^ a b Ussery DW, Sinden RR (июнь 1993 г.). «Влияние окружающей среды на in vivo уровень внутримолекулярной триплексной ДНК в Escherichia coli». Биохимия . 32 (24): 6206–13. DOI : 10.1021 / bi00075a013 . PMID 8512930 . 
  4. ^ a b Дайн А., Самадашвили Г.М., Миркин С.М. (декабрь 1992 г.). «Внутримолекулярные триплексы ДНК: необычные требования к последовательности и влияние на полимеризацию ДНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 89 (23): 11406–10. Bibcode : 1992PNAS ... 8911406D . DOI : 10.1073 / pnas.89.23.11406 . PMC 50559 . PMID 1454828 .  
  5. ^ a b Лямичев В.И., Миркин С.М., Франк-Каменецкий М.Д. (февраль 1986 г.). «Структуры гомопурин-гомопиримидинового тракта в сверхспиральной ДНК». Журнал биомолекулярной структуры и динамики . 3 (4): 667–9. DOI : 10.1080 / 07391102.1986.10508454 . PMID 3271043 . 
  6. ^ a b c d e Франк-Каменецкий М.Д., Миркин С.М. (01.01.1995). «Триплексные структуры ДНК» . Ежегодный обзор биохимии . 64 : 65–95. DOI : 10.1146 / annurev.bi.64.070195.000433 . PMID 7574496 . S2CID 21426188 .  
  7. ^ Brázdová M, Tichý V, Helma R, Bažantová P, Polášková A, Krejčí A, et al. (2016). «p53 специфически связывает триплексную ДНК in vitro и в клетках» . PLOS ONE . 11 (12): e0167439. Bibcode : 2016PLoSO..1167439B . DOI : 10.1371 / journal.pone.0167439 . PMC 5131957 . PMID 27907175 .  
  8. Перейти ↑ Graham MK, Brown TR, Miller PS (апрель 2015 г.). «Нацеливание на ген рецептора андрогена человека с платинированными олигонуклеотидами, образующими триплекс». Биохимия . 54 (13): 2270–82. DOI : 10.1021 / bi501565n . PMID 25768916 . 
  9. ^ Карбоун Г.М., Napoli S, Валентини А, Кавалли Ж, Уотсон Д. К., Catapano CV (2004-08-03). «Опосредованное триплексной ДНК подавление экспрессии Ets2 приводит к ингибированию роста и апоптозу клеток рака простаты человека» . Исследования нуклеиновых кислот . 32 (14): 4358–67. DOI : 10.1093 / NAR / gkh744 . PMC 514370 . PMID 15314206 .  
  10. ^ Шен С, Раттат Д., Бак А, Мехрке Г, Полат Б, Рибберт Х и др. (Февраль 2003 г.). «Нацеливание на bcl-2 с помощью триплекс-образующего олигонуклеотида - перспективного носителя для генной лучевой терапии». Биотерапия рака и радиофармпрепараты . 18 (1): 17–26. DOI : 10.1089 / 108497803321269296 . PMID 12667305 . 
  11. ^ Сакамото N, Честейн PD, Parniewski P, Ohshima K, M Pandolfo, Гриффит JD, Wells RD (апрель 1999). «Липкая ДНК: свойства самоассоциации длинных повторов GAA.TTC в триплексных структурах RRY от атаксии Фридрейха». Молекулярная клетка . 3 (4): 465–75. DOI : 10.1016 / s1097-2765 (00) 80474-8 . PMID 10230399 . 
  12. ^ Bacolla A, Wells RD (апрель 2009). «Конформации ДНК, отличные от B, как детерминанты мутагенеза и болезней человека». Молекулярный канцерогенез . 48 (4): 273–85. DOI : 10.1002 / mc.20507 . PMID 19306308 . S2CID 5493647 .  
  13. ^ Кошик Тивари M, Adaku N, N Peart, Rogers FA (сентябрь 2016). «Триплексные структуры индуцируют двухцепочечные разрывы ДНК посредством коллапса репликационной вилки в клетках с дефицитом NER» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (16): 7742–54. DOI : 10.1093 / NAR / gkw515 . PMC 5027492 . PMID 27298253 .  
  14. ^ a b c d e f g h i j k l m n Jain A, Wang G, Vasquez KM (август 2008 г.). «Тройные спирали ДНК: биологические последствия и терапевтический потенциал» . Биохимия . 90 (8): 1117–30. DOI : 10.1016 / j.biochi.2008.02.011 . PMC 2586808 . PMID 18331847 .  
  15. ^ a b c d Хансен М.Э., Бентин Т., Нильсен П.Е. (июль 2009 г.). «Высокоаффинное триплексное нацеливание двухцепочечной ДНК с использованием олигомеров химически модифицированных пептидных нуклеиновых кислот» . Исследования нуклеиновых кислот . 37 (13): 4498–507. DOI : 10.1093 / NAR / gkp437 . PMC 2715256 . PMID 19474349 .  
  16. ^ Б с д е е г Ricciardi А.С., McNeer Н.А., Anandalingam KK, Зольцман WM, Глейзера PM (2014). «Целенаправленная модификация генома посредством образования тройной спирали». В Wajapeyee N (ред.). Геномика и протеомика рака . Методы молекулярной биологии. 1176 . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer New York. С. 89–106. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-0992-6_8 . ISBN 978-1-4939-0991-9. PMC  5111905 . PMID  25030921 .
  17. ^ a b c d Rogers FA, Vasquez KM, Egholm M, Glazer PM (декабрь 2002 г.). «Сайт-направленная рекомбинация через бифункциональные конъюгаты ПНК-ДНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (26): 16695–700. Bibcode : 2002PNAS ... 9916695R . DOI : 10.1073 / pnas.262556899 . PMC 139206 . PMID 12461167 .  
  18. ^ Montazersaheb S, Хейязи МС, Nozad Charoudeh Н (ноябрь 2018). «Потенциал пептидных нуклеиновых кислот в будущих терапевтических применениях» . Расширенный фармацевтический бюллетень . 8 (4): 551–563. DOI : 10,15171 / apb.2018.064 . PMC 6311635 . PMID 30607328 .  
  19. ^ Firulli AB, Maibenco DC, Киннибург AJ (апрель 1994). «Способность промотора c-myc формировать триплекс определяет силу промотора». Архивы биохимии и биофизики . 310 (1): 236–42. DOI : 10.1006 / abbi.1994.1162 . PMID 8161210 . 
  20. ↑ Zain R, Sun JS (май 2003 г.). «Существуют ли природные тройные спиральные структуры ДНК и функционируют ли они in vivo?». Клеточные и молекулярные науки о жизни . 60 (5): 862–70. DOI : 10.1007 / s00018-003-3046-3 . PMID 12827276 . S2CID 6227195 .  
  21. Перейти ↑ Kato M, Shimizu N (октябрь 1992 г.). «Влияние потенциальной области триплексной ДНК на экспрессию бактериального гена бета-лактамазы in vitro в супспиральных рекомбинантных плазмидах». Журнал биохимии . 112 (4): 492–4. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a123927 . PMID 1491004 . 
  22. ^ Potaman В.Н., Ассери DW, Sinden RR (июнь 1996). «Формирование комбинированной структуры H-ДНК / открытого ТАТА-бокса в промоторной последовательности гена Na, K-АТФазы альфа2 человека» . Журнал биологической химии . 271 (23): 13441–7. DOI : 10.1074 / jbc.271.23.13441 . PMID 8662935 . S2CID 46550975 .  
  23. ^ Сайдман М.М., Глейзер PM (август 2003). «Потенциал репарации генов через образование тройной спирали» . Журнал клинических исследований . 112 (4): 487–94. DOI : 10.1172 / JCI19552 . PMC 171401 . PMID 12925687 .  
  24. ^ Rapozzi В, Cogoi S, Spessotto Р, Risso А, Бонора Г.М., Quadrifoglio F, Xodo LE (январь 2002 г.). «Антигенный эффект в клетках K562 конъюгированного с ПЭГ триплекс-образующего олигонуклеотида, нацеленного на онкоген bcr / abl». Биохимия . 41 (2): 502–10. DOI : 10.1021 / bi011314h . PMID 11781088 . 
  25. ^ Bertucat G, Lavery R, Прево C (декабрь 1998). «Модель образования параллельной тройной спирали с помощью RecA: одиночная ассоциация с гомологичным дуплексом через малую бороздку». Журнал биомолекулярной структуры и динамики . 16 (3): 535–46. DOI : 10.1080 / 07391102.1998.10508268 . PMID 10052612 . 
  26. ↑ Chen J, Tang Q, Guo S, Lu C, Le S, Yan J (сентябрь 2017 г.). «Параллельная триплексная структура, образованная растянутой одноцепочечной ДНК и гомологичной дуплексной ДНК» . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (17): 10032–10041. DOI : 10.1093 / NAR / gkx628 . PMC 5622322 . PMID 28973442 .  
  27. Перейти ↑ Camerini-Otero RD, Hsieh P (апрель 1993 г.). «Параллельные триплексы ДНК, гомологичная рекомбинация и другие гомологически зависимые взаимодействия ДНК». Cell . 73 (2): 217–23. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (93) 90224-e . PMID 8477443 . S2CID 34585948 .  
  28. ^ Bertucat G, Lavery R, Прево C (сентябрь 1999). «Молекулярная модель для RecA-промотированного обмена цепей через параллельные трехцепочечные спирали» . Биофизический журнал . 77 (3): 1562–76. Bibcode : 1999BpJ .... 77.1562B . DOI : 10.1016 / S0006-3495 (99) 77004-9 . PMC 1300444 . PMID 10465767 .  
  29. Перейти ↑ Yang H, Zhou C, Dhar A, Pavletich NP (октябрь 2020 г.). «Механизм обмена цепей из синаптических и D-петлевых структур RecA-ДНК». Природа . 586 (7831): 801–806. DOI : 10.1038 / s41586-020-2820-9 . PMID 33057191 . S2CID 222349650 .  
  30. ↑ McKinney JA, Wang G, Mukherjee A, Christensen L, Subramanian SH, Zhao J, Vasquez KM (январь 2020 г.). «Разные пути репарации ДНК вызывают нестабильность генома в альтернативных структурах ДНК» . Nature Communications . 11 (1): 236. Bibcode : 2020NatCo..11..236M . DOI : 10.1038 / s41467-019-13878-9 . PMC 6957503 . PMID 31932649 .  
  31. ^ a b Wang G, Vasquez KM (июль 2014 г.). «Влияние альтернативных структур ДНК на повреждение ДНК, репарацию ДНК и генетическую нестабильность» . Ремонт ДНК . 19 : 143–51. DOI : 10.1016 / j.dnarep.2014.03.017 . PMC 4216180 . PMID 24767258 .  
  32. ^ Raghavan SC, Chastain P, Lee JS, Hegde BG, Houston S, Langen R и др. (Июнь 2005 г.). «Доказательства конформации триплексной ДНК в области основной точки разрыва bcl-2 транслокации t (14; 18)» . Журнал биологической химии . 280 (24): 22749–60. DOI : 10.1074 / jbc.M502952200 . PMID 15840562 . 
  33. Перейти ↑ Wang G, Vasquez KM (сентябрь 2004 г.). «Встречающиеся в природе последовательности, образующие H-ДНК, являются мутагенными в клетках млекопитающих» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (37): 13448–53. Bibcode : 2004PNAS..10113448W . DOI : 10.1073 / pnas.0405116101 . PMC 518777 . PMID 15342911 .  
  34. ^ Vetcher А.А., Napierala М, Айер RR, Честейн PD, Гриффит JD, Wells RD (октябрь 2002). «Липкая ДНК, длинный триплекс GAA.GAA.TTC, который образуется внутримолекулярно в последовательности интрона 1 гена фратаксина» . Журнал биологической химии . 277 (42): 39217–27. DOI : 10.1074 / jbc.M205209200 . PMID 12161437 . 
  35. ^ Б с д е е г Ван G, Васкес км (январь 2017). «Влияние репликации и транскрипции на генетическую нестабильность, связанную со структурой ДНК» . Гены . 8 (1): 17. doi : 10.3390 / genes8010017 . PMC 5295012 . PMID 28067787 .  
  36. ^ a b c d e f g h i j Zhao J, Wang G, Del Mundo IM, McKinney JA, Lu X, Bacolla A, et al. (Январь 2018). «Отличительные механизмы геномной нестабильности, вызванной нуклеазной структурой ДНК в раковых геномах» . Отчеты по ячейкам . 22 (5): 1200–1210. DOI : 10.1016 / j.celrep.2018.01.014 . PMC 6011834 . PMID 29386108 .  
  37. ^ a b c Белоцерковский Б.П., Де Сильва Е., Торналетти С., Ван Г., Васкес К.М., Hanawalt PC (ноябрь 2007 г.). «Образующая триплекс последовательность от промотора c-MYC человека препятствует транскрипции ДНК» . Журнал биологической химии . 282 (44): 32433–41. DOI : 10.1074 / jbc.M704618200 . PMID 17785457 . S2CID 24211097 .  
  38. ^ Пандей S, Оглоблина А.М., Белоцерковский BP, Долинная Н.Г., Якубовская М.Г., Миркин С.М., Hanawalt PC (август 2015). «Блокирование транскрипции стабильными аналогами H-ДНК in vitro» . Исследования нуклеиновых кислот . 43 (14): 6994–7004. DOI : 10.1093 / NAR / gkv622 . PMC 4538819 . PMID 26101261 .  
  39. ↑ a b Del Mundo IM, Zewail-Foote M, Kerwin SM, Vasquez KM (май 2017 г.). «Формирование альтернативной структуры ДНК в мутагенном промоторе c-MYC человека» . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (8): 4929–4943. DOI : 10.1093 / NAR / gkx100 . PMC 5416782 . PMID 28334873 .  
  40. ^ a b c McNeer NA, Schleifman EB, Cuthbert A, Brehm M, Jackson A, Cheng C и др. (Июнь 2013). «Системная доставка триплекс-образующей ПНК и донорной ДНК с помощью наночастиц опосредует сайт-специфическое редактирование генома человеческих гемопоэтических клеток in vivo» . Генная терапия . 20 (6): 658–69. DOI : 10.1038 / gt.2012.82 . PMC 3713483 . PMID 23076379 .  
  41. ^ Hnedzko D, Cheruiyot SK, Rozners E (сентябрь 2014). «Использование трехспиральных пептидных нуклеиновых кислот для селективного распознавания двухцепочечной РНК» . Текущие протоколы в химии нуклеиновых кислот . 58 : 4.60.1–23. DOI : 10.1002 / 0471142700.nc0460s58 . ISSN 1934-9270 . PMC 4174339 . PMID 25199637 .   
  42. ^ Schleifman EB, Bindra R, Leif J, del Campo J, Rogers FA, Uchil P, et al. (Сентябрь 2011 г.). «Направленное нарушение гена CCR5 в человеческих гемопоэтических стволовых клетках, стимулированных пептидными нуклеиновыми кислотами» . Химия и биология . 18 (9): 1189–98. DOI : 10.1016 / j.chembiol.2011.07.010 . PMC 3183429 . PMID 21944757 .  
  43. ^ a b МакНир Н.А., Анандалингам К., Филдс Р.Дж., Капуто С., Копич С., Гупта А. и др. (Апрель 2015 г.). «Наночастицы, которые доставляют триплекс-образующие молекулы пептидной нуклеиновой кислоты, корректируют F508del CFTR в эпителии дыхательных путей» . Nature Communications . 6 (1): 6952. Bibcode : 2015NatCo ... 6.6952M . DOI : 10.1038 / ncomms7952 . PMC 4480796 . PMID 25914116 .  
  44. ^ Лукач GL, Verkman AS (февраль 2012). «CFTR: сворачивание, неправильное сворачивание и исправление конформационного дефекта ΔF508» . Тенденции в молекулярной медицине . 18 (2): 81–91. DOI : 10.1016 / j.molmed.2011.10.003 . PMC 3643519 . PMID 22138491 .  
  45. Перейти ↑ Pauling L, Corey RB (февраль 1953 г.). «Предлагаемая структура нуклеиновых кислот» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 39 (2): 84–97. Полномочный код : 1953PNAS ... 39 ... 84P . DOI : 10.1073 / pnas.39.2.84 . PMC 1063734 . PMID 16578429 .  
  46. Перейти ↑ Pauling L, Corey RB (февраль 1953 г.). «Структура нуклеиновых кислот». Природа . 171 (4347): 346. Bibcode : 1953Natur.171..346P . DOI : 10.1038 / 171346a0 . PMID 13036888 . S2CID 4151877 .  
  47. ↑ Fraser RD (март 2004 г.). «Строение нуклеиновой кислоты дезоксирибозы» . Журнал структурной биологии . 145 (3): 184–5. DOI : 10.1016 / j.jsb.2004.01.001 . PMID 14997898 . 
  48. ^ a b c Фельзенфельд Г., Дэвис Д. Р., Рич А. (апрель 1957 г.). «Образование трехцепочечной полинуклеотидной молекулы». Журнал Американского химического общества . 79 (8): 2023–4. DOI : 10.1021 / ja01565a074 .
  49. ^ Hanvey JC, Shimizu M, Wells RD (сентябрь 1988). «Внутримолекулярные триплексы ДНК в суперспиральных плазмидах» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 85 (17): 6292–6. Bibcode : 1988PNAS ... 85.6292H . DOI : 10.1073 / pnas.85.17.6292 . PMC 281955 . PMID 3413097 .  
  50. ^ Миркин С.М., Lyamichev В.И., Drushlyak К.Н., Добрынин В.Н., Филиппов С. А., Франк-Каменецкий MD (декабрь 1987). «Форма ДНК H требует зеркального повтора гомопурин-гомопиримидин». Природа . 330 (6147): 495–7. Bibcode : 1987Natur.330..495M . DOI : 10.1038 / 330495a0 . PMID 2825028 . S2CID 4360764 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Рич А. (декабрь 1993 г.). «ДНК бывает разных форм». Джин . 135 (1–2): 99–109. DOI : 10.1016 / 0378-1119 (93) 90054-7 . PMID  8276285 .
  • Сойфер В.Н., Потаман В.Н. (1995). Тройные спиральные нуклеиновые кислоты . Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 978-0-387-94495-1.
  • Миллс М., Аримондо П. Б., Лакруа Л., Гарстье Т., Элен С., Кламп Н., Мергни Д. Л. (сентябрь 1999 г.). «Энергетика реакций вытеснения цепей в тройных спиралях: спектроскопическое исследование». Журнал молекулярной биологии . 291 (5): 1035–54. DOI : 10.1006 / jmbi.1999.3014 . PMID  10518941 .
  • Уотсон Дж. Д., Крик Ф. Х. (апрель 1953 г.). «Молекулярная структура нуклеиновых кислот; структура нуклеиновой кислоты дезоксирибозы». Природа . 171 (4356): 737–8. Bibcode : 1953Natur.171..737W . DOI : 10.1038 / 171737a0 . PMID  13054692 . S2CID  4253007 .